JP2008135546A

JP2008135546A - 半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2008135546A
Application number: JP2006320255A
Authority: JP
Inventors: Shogo Okita; 尚吾置田; Riyuuzou Houchin; 隆三宝珍
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: JP5018044B2

Abstract

【課題】応力緩和パターンにより基板の反りを防止して、しかも、応力緩和パターン基板の強度低下の問題がなく、必要に応じ、応力緩和パターンを通じた冷却ガスの流出を抑えられるようにする。
【解決手段】マスク層２の周辺域４ｂに設けた応力緩和パターン３によりマスク層２の内部応力を十分に緩和して基板１が反るのを防止しながら、応力緩和パターン３がマスク層２の周辺域４ｂにおける最内側から基板１の外周位置まで不連続なこと、基板１へのエッチング加工に伴なうエッチ深さＨ２を加工パターン４による通常エッチ深さＨ１未満に規制すること、の少なくとも１つによって、上記の目的を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は基板へのマスク層を介したエッチング加工により半導体装置を製造するのに適用する半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置を製造するのに、基板にパターニングのためのマスク層やパターン形成層などの薄膜が蒸着やメッキといった成膜手法により形成され、マスク層を介したエッチングによるパターニングが行われる。このような基板上に形成されるマスク層などの薄膜は自身の内部応力によって基板を反らせる。この基板の反りはパターニングによって解放されるが、反り状態で行ったパターニングは基板の反りが戻った分だけ位置ずれする。このような基板の反りとそれによる位置ずれは基板が薄くなるほど、基板に形成するパターンが微細化し高精度化するほど、問題となり近時その許容幅は勢い小さくなっている。

このような問題を解消するのに、基板に反りを生じさせる薄膜にその内部応力を緩和するスリットを形成する技術が既に知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１は、基板上に遮光材料によりパターン状の遮光部を形成し、これを用いて被露光材を露光し、パターン転写して被露光材に各種のパターンを形成する技術において、基板のパターンが形成されている側の面の面上の周辺部に枠状の遮光膜を有した露光用のマスクにおいて、前記枠状の遮光膜をその内周から外周に至るスリットによって四角形に分割してなる露光用マスクをネガパターンマスクに構成し、ポジパターンマスクと重ね合わせて使用する技術を開示しており、遮光膜によるストレスが前記分割によって分散され、反りによるパターンずれが小さくなるとしている。

特許文献２は、光リソグラフィプロセスに用いるフォトマスク層の製造において、図１２、図１３に示すように基板ａ上に設けたレジストｂのパターンエリアｂ１に図１４に示すようなメインパターンｃを設けるとともに、内部応力の伝達を緩和あるいは遮断する図１２、図１３に示すような応力緩和パターンｄを設ける技術を開示している。図１２に示す応力緩和パターンｄはパターンエリアｂ１の外まわりに沿ったスリット状をなし、図１３に示す応力緩和パターンｄはパターンエリアｂ１を囲う井桁状のパターン形状をなしたスリット状をなしている。なお、特許文献２にはパターンエリアｂ１が基板の全域に対応する場合と、複数配列したチップ域個々に対応する場合との例が開示されている。いずれにしても、パターンエリアｂ１に形成するメインパターンｃはレジストｂの下層であるクロムよりなる金属薄膜ｅへのパターン転写に供される。
特許第３１５８５１５号公報特開２００４−２９４０３号公報

ところで、半導体装置の基板が薄くなるのに併せ、基板自体にエッチングを施すいわゆるバルクエッチングが要求されるようになり、基板上にＮｉやＣｕなどによるマスク層を設けて基板にパターニングを施すと、特許文献１、２に記載されるような基板自体にパターニングが及ばない場合と同様に、マスク層の内部応力により基板に反りが生じ、パターニング後の基板の反り解放によるパターニングずれが生じる。

そこで、本発明者はマスク層に応力緩和パターンを形成することを種々に試みた。図１１（ｃ）に示す場合は、基板ｊ上に形成したマスク層ｆに非貫通なパターンｇを形成しており、基板ｊへの所定の加工パターンでない基板ｊ周辺域での強度低下の原因となるエッチングは生じないが、十分な応力緩和効果が得られない。図１１（ｂ）に示す場合は、マスク層ｆに貫通した応力緩和パターンｈを形成しており、十分な応力緩和効果は得られるが、応力緩和パターンｈに対応した基板ｊへのエッチング部ｉが加工パターン部分と同様なエッチ深さで生じる。十分な応力緩和のために図１３に示す応力緩和パターンｄのようにマスク層ｆの周辺域の最内側から基板の外周位置にまで繋がって、拡張し、また多数配設すると基板ｊ自体にエッチングするため基板ｊの強度低下が大きくより一層問題になる。また、最内側から基板ｊの外周位置まで繋がった応力緩和パターンｄが基板の周辺域の最内側から外周に達して側方へ開放されていると、基板の両面につき片面ずつ裏面側でのガス冷却を伴いエッチング加工するような場合、応力緩和パターンｄを通じて冷却ガスが外部に多く流出して冷却効果が低くなる問題もある。

これに対し、図１１（ａ）（ｂ）に示す応力緩和パターンｈを内側から基板ｊの外周位置まで繋がらない不連続なパターン形状にてマスク層ｆの周辺域に拡張し、また多数配設する、あるいは、多数配設する応力緩和パターンｈの少なくとも一部が繋がっていても図１１（ａ）（ｂ）に例示するような特定の条件にて応力緩和パターンｈを形成して、それを通じた基板ｊへのエッチ深さがエッチング加工での通常のエッチ深さにまで進行しない、エッチ規制、あるいはエッチストップ現象を得るようにすると、十分な応力緩和で基板ｅに反りが生じるのを防止しながら、応力緩和パターンｈ部を通じたエッチングによるエッチ深さを抑制し、基板の強度低下が防止できることを知見した。

本発明の目的は、このような新たな知見に基づき、基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンにより基板の反りを防止して、しかも、応力緩和パターン基板の強度低下を抑制し、必要に応じ、応力緩和パターンｈを通じた冷却ガスの流出を抑えられる半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の第１の態様の半導体装置製造基材によれば、基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは内側位置から基板外周位置まで不連続なパターン形状にて設け、応力緩和パターンは、基板外周に両端が向くＵ字状パターン部、基板外周に一端が向く長穴パターン部、楕円穴パターン部、十字状パターン部、の少なくとも１つを含むことを特徴としている。

このような構成によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層の周辺域に応力緩和パターンを設けることで、そのパターンに応じマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止できる上、この応力緩和パターンが内側位置から基板外周位置まで繋がらないように形成しているので、基板のエッチング加工時に応力緩和パターンを通じたエッチングが加工パターン同様に進行したとしても基板の強度低下を抑えられる。併せ、基板の両面にマスク層を設けて片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工するような場合でも、応力緩和パターンがマスク層の周辺域の最内側から基板の外周位置まで繋がっていないことにより、冷却ガスが応力緩和パターンを通じて基板の外周位置から外部へ流出するのを抑えられる。しかも、前記各種のパターン部は基板とマスク層との関係において、応力の緩和が必要な向きや位置に応じ、具体的にはマスク層の周辺域に内部応力を分断しやすい放射方向に向いて、また応力緩和位置を増加するよう多数配設するなどしやすく、応力緩和による基板の反り防止に好適である。特に、Ｕ字パターン部ではパターンラインに直交する方向の応力緩和効果がその湾曲、屈曲形状に沿って得られ、両辺部で応力緩和位置が平行に対向し合う基板外周位置側への開き形態となってマスク層の周方向面域での応力分散、応力緩和の効果を高められる。長穴パターン部ではパターンラインに直交する方向の応力緩和が直線に沿って単純に得られ、周方向に応力を分散させるのに効果的である。楕円穴パターン部では長穴と丸穴との間の方向性を持って応力の分散が図れる。また、十字状パターン部では十字に沿った互いに直角なＸＹ２方向において、それと直交する向きに応力の分散が図れるのに加え、これらＸＹ２方向の中間方向となる互いに直角な２つの斜め方向においてもそれに直角な向きに応力分散が図れる。

本発明の第２の態様の半導体装置製造基材によれば、第１の態様において、さらに、応力緩和パターンをなす各種パターン部は、千鳥状の配列としたことを特徴としている。

このような特徴によれば、応力緩和パターンをなす各種パターン部がそのパターン形状に応じた応力分散を、相互が繋がらない条件を満足して千鳥状配置によるさらに複合した方向性のある応力分散を広域にて実現することができる。

本発明の第３の態様の半導体装置製造基材によれば、第１、第２の態様のいずれか１つにおいて、さらに、応力緩和パターンは、加工パターンエリアの外まわりに沿った最内側のスリット状パターン部を有し、このスリット状パターン部の外側に第１の態様における応力緩和パターンをなす各種パターン部の少なくとも１つが、スリット状パターン部と繋がって、またはスリット状パターン部と独立して、配設されていることを特徴としている。

このような特徴によれば、マスク層の周辺域における最内側では加工パターンエリアの外まわりに沿ったスリット状パターン部の矩形をなすなどした連続性を利用した加工パターンエリア領域と周辺域との分断ないしほぼ分断による放射方向での内部応力の分散に加え、スリット状パターン部の外側にこれと繋がって、あるいは独立して配設した第１の態様における各種パターン部の少なくとも１つによる周辺域での内部応力の周方向および放射方向での分散を図って、基板の強度低下や冷却ガスの流出の問題なしに応力緩和効果を高められる。

本発明の第４の態様の半導体装置製造基材によれば、第１〜第３の態様のいずれか１つにおいて、さらに、Ｕ字状パターン部は、基板外周位置から内側に延びた長穴パターン部と端部同士が一部入り組むように設けられていることを特徴としている。

このような特徴によれば、Ｕ字状パターン部の両辺部で応力緩和位置が平行に対向し合う部分において、基板外周位置から延びてＵ字状パターン部と端部同士が入り組む形態によって、マスク層の最内側から基板外周位置まで応力緩和パターンが繋がらない条件を満足しながら、Ｕ字状パターンによる周方向に応力分散を図っての応力緩和域からさらに基板外周位置まで周方向に応力分散を図っての応力緩和域を拡張させられる。

本発明の第５の態様の半導体装置製造基材によれば、第１〜第４の態様のいずれか１つに加え、さらに、応力緩和パターンは、基板への通常エッチ深さ未満となるようにエッチングを規制する大きさまたはおよび断面形状を有して設けたことを特徴としている。

このような特徴によれば、応力緩和パターンによるマスク層の応力緩和で基板の反りを防止しながら、応力緩和パターンの大きさまたはおよび断面形状によって基板へのエッチング加工時に生じる応力緩和パターンを通じたエッチングが加工パターンによる通常エッチ深さ未満となるようにエッチ規制できるため、エッチングにより基板の強度が低下するのをさらに抑制することができ、基板の強度低下が問題となりやすい薄い基板のマスク層やマスク層の外周寄りの範囲に配設する応力緩和パターンとして特に有効である。

本発明の第６の態様の半導体装置製造基材によれば、第５の態様において、さらに、応力緩和パターンは、加工パターンの最小有効寸法未満とすることを特徴としている。

このような特徴によれば、応力緩和パターンが加工パターンの最小有効寸法未満としたことにより、エッチング幅などとエッチ深さとの相関性によるマイクロローディング効果といわれるエッチ抑制効果を持ち、基板へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターンを通じたエッチングによるエッチ深さを抑制して基板へのエッチング加工による通常のエッチ深さ未満とすることができ、基板の強度低下をさらに抑えられる。

本発明の第７の態様の半導体装置製造基材によれば、第５の態様において、応力緩和パターンは、断面が基板側に向かって狭まるテーパをなしていることを特徴としている。

このような特徴によれば、応力緩和パターンが断面が基板側に向かって狭まるテーパをなしていることにより、基板へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターンを通じたエッチングの進行を、応力緩和パターンがなすマスク層のテーパ面に沿った先細り形状に規制しながら、マスク層のテーパ面からエッチング域に落ちる残渣の堆積によりエッチングの進行を早期に阻止するいわゆるエッチストップ効果を得て基板へのエッチング加工による通常のエッチ深さ未満のエッチ深さに規制することができ、基板の強度低下をさらに抑えられる。もっとも、このエッチストップ効果はテーパ形状の下部が小さいほどよく、テーパ角度が大きいほど効果が大きいといえる。

本発明の第８の態様の半導体装置の製造方法によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に内側位置から基板外周位置まで繋がらない不連続なパターン形状を有して基板を反らせる内部応力を緩和する第１〜第７の態様のいずれか１つの半導体装置製造基材における応力緩和パターンと、を持った基板上に形成されたマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えたことを特徴としている。

このような構成では、本発明の第１〜第７の態様の半導体装置製造基材のいずれか１つを利用して、マスク層の内部応力を応力緩和パターンにて緩和して基板に反りが生じないか反りを低減した状態で基板にエッチング加工を施して半導体装置を製造し、しかも、基板へのエッチング加工に際する応力緩和パターンを通じた基板へのエッチングによる基板の強度低下を防止することができ、併せ、基板の両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工する際の応力緩和パターンを通じた冷却ガスの流出を抑えて冷却効果が低下するのを防止することができる。

本発明の第９の態様の半導体装置製造基材によれば、基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは、基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制する大きさまたはおよび断面形状を有して設けたことを特徴としている。

このような構成では、基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層の周辺域に応力緩和パターンを設けることで、そのパターン形状に応じマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止できる上、この応力緩和パターンは基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制する大きさまたはおよび断面形状を有して設けて、応力緩和パターンがその大きさまたはおよび断面形状によって基板へのエッチング加工時に生じる応力緩和パターンを通じたエッチングによるエッチ深さが基板への通常エッチ深さ未満となる早期エッチストップを図るため、エッチングにより基板の強度が低下するのを十分に抑制することができ、基板の強度低下となりやすい薄い基板のマスク層やマスク層の外周寄りの範囲に配設する応力緩和パターンに特に有効である。この場合も、必要なら、応力緩和パターンがマスク層の周辺域の最内側から基板外周位置まで繋がらない形態とすることにより、基板の強度低下をさらに防止できる上、基板両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工する際の冷却ガスの応力緩和パターンを通じた流出を抑えて冷却効果が低下するようなことを防止することができる。

本発明の第１０の態様の半導体装置製造基材によれば、基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは、加工パターンの最小有効寸法未満として、基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにしたことを特徴としている。

このような構成によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層の周辺域に応力緩和パターンを設けることで、そのパターンに応じマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止できる上、この応力緩和パターンが加工パターンの有効な寸法未満としたことにより、エッチングの幅寸法などとエッチ深さとの相関性による既述のマイクロローディング効果によるエッチ抑制効果を持ち、基板へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターンを通じたエッチングによるエッチ深さを抑制して基板へのエッチングの通常のエッチ深さ未満とすることができ、基板の強度低下を十分に抑えることができ、基板の強度低下となりやすい薄い基板のマスク層やマスク層の外周寄りの範囲に配設する応力緩和パターンに特に有効である。この場合も、必要なら、応力緩和パターンがマスク層の周辺域の最内側から基板外周位置まで繋がらない不連続な形態とすることにより、基板の強度低下をさらに防止できる上、基板両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工する際の冷却ガスの応力緩和パターンを通じた流出を抑えて冷却効果が低下するようなことを防止することができる。

本発明の第１１の態様の半導体装置の製造方法によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に加工パターンの最小有効寸法未満とされて基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにした基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンと、を持った基板上のマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１０の態様の半導体装置製造基材を利用して、マスク層の内部応力を応力緩和パターンにて緩和して基板に反りが生じないか反りを低減した状態で基板にエッチング加工を施して半導体装置を製造し、しかも、基板へのエッチングに際する応力緩和パターンを通じた基板へのエッチングによる基板の強度低下を防止することができる。

本発明の第１２の態様の半導体装置製造基材によれば、基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは、断面が基板側に向かって狭まるテーパをなした形状を含んで、基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにしたことを特徴としている。

このような構成によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層の周辺域に応力緩和パターンを設けることで、そのパターンに応じマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止できる上、応力緩和パターンが断面が基板側に向かって狭まるテーパをなしていることにより、基板へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターンを通じたエッチングの進行を、応力緩和パターンがなすマスク層のテーパ面に沿った先細り形状に規制しながら、マスク層のテーパ面からエッチング域に落ちる残渣の堆積によりエッチングの進行を早期に阻止するいわゆるエッチストップ効果を得て基板へのエッチング加工による通常のエッチ深さ未満のエッチ深さに規制して、基板の強度低下をさらに抑えることができ、基板の強度低下となりやすい薄い基板のマスク層やマスク層の外周寄りの範囲に配設する応力緩和パターンに特に有効である。この場合も、必要なら、応力緩和パターンがマスク層の周辺域の最内側から基板外周位置まで繋がらない不連続な形態とすることにより、基板の強度低下をさらに防止できる上、基板両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工する際の冷却ガスの応力緩和パターンを通じた流出を抑えて冷却効果が低下するようなことを防止することができる。

本発明の第１３の態様の半導体装置の製造方法によれば、基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に断面が基板側に向かって狭まるテーパをなした形状を含んで基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにした基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンと、を持った基板上のマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えことを特徴としている。

このような構成では、本発明の第１２の態様の半導体装置製造基材を利用して、マスク層の内部応力を応力緩和パターンにて緩和して基板に反りが生じないか反りを低減した状態で基板にエッチングを施して半導体装置を製造し、しかも、基板へのエッチングに際する応力緩和パターンを通じた基板へのエッチングによる基板の強度低下を防止することができる。

本発明の第１４の態様の半導体装置の製造方法によれば、第１３の態様の半導体装置の製造方法において、さらに、エッチング加工は、エッチングガスにマスク層からの残渣発生を促進するデポガスを混合して行うことを特徴としている。

このような特徴によれば、応力緩和パターンを通じた基板へのエッチングに対し、マスク層のテーパ面から底部に落ちる残渣量を増大させて早期エッチストップ効果が高まり、エッチ深さをより小さくして基板の強度低下をより防止することができる。

以上から、本願発明の第１〜第７の態様の半導体装置製造基材のいずれか１つは、マスク層が、基板の両面に形成されている本発明の第１５の態様を含み、本発明の第８の態様の半導体装置の製造方法は、基板のエッチング工程は基板の両面につき、裏面をガス冷却しながら片面ずつ行う本発明の第１６の態様を含む。

本発明の半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法によれば、マスク層の周辺域に設けた応力緩和パターンによりマスク層の内部応力を十分に緩和して基板が反るのを防止しながら、基板へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターンを通じたエッチングによる基板の強度低下が、マスク層の最内側から基板外周位置まで繋げないこと、通常のエッチ深さ未満に規制すること、の少なくとも１つによって簡単に抑えられ、前者によっては、さらに基板の両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工するのに、冷却ガスが応力緩和パターンを通じて基板の外周から外部へ流出するのを抑えられる。

以下、本発明の半導体装置製造基材とこれを用いた半導体装置の製造方法について、図１〜図１０を参照して説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

本実施の形態の半導体装置製造基材は、図７に示す例、図９（ａ）（ｂ）に示す例のように、基板１と、この基板１へのエッチング加工を行う図７に示す例のような加工パターン４を持ったマスク層２と、このマスク層２の周辺域に設けられて基板１を反らせるマスク層２の内部応力を緩和する応力緩和パターン３とを備えている。ここで、基板１は例えば、石英、ガラス、ＰＸ、水晶、ＬＴ、ＬＮ、ＳｉＣ、サファイア、Ｓｉなどであり、難エッチング材を含む各種のものが採用でき、厚さは４００μｍ程度以下のものが一般に用いられ、薄いもので１００μｍ程度のものまであり、反りやすく、強度低下の問題が著しい。マスク層２はＮｉやＣｕのほか、Ａｌ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、Ａｕ、Ｃｒなどが適用される。これらは基板１上に蒸着やメッキといった成膜手法によって形成され、概ね収縮の内部応力を呈し、基板１にマスク層２側で凹となる反りを生じさせて、既述したエッチング加工によるパターニングの位置ずれの問題となる。もっとも、マスク層２は基板１に対し引張りの内部応力を持っていて基板１を前記とは逆向きに反らせることもある。このような基板１の反りの向きに関係なく基板１を反らせる内部応力を持つ材料によるマスク層２一般に本発明は適用される。

既述のように応力緩和パターン３は、マスク層２の内部応力を分散して基板１に反りを生じさせる応力を緩和し、基板１が反るのを防止ないしは軽減するので、マスク層２を介した、つまりその加工パターン４を通じたエッチング加工の工程を有して半導体装置を製造するのに、基板１のマスク層２による反りが応力緩和パターン３により防止され、軽減される分だけ、エッチング加工によるパターニングずれが軽減し、パターニング精度が向上する。

しかし、マスク層２の応力緩和パターン３は、基板１へのエッチング加工に際し基板１の強度低下となる不要なエッチング部分ともなる。これに対処するのに、本実施の形態では１つの例として、マスク層２の周辺域４ｂに設ける応力緩和パターン３を、図１〜図６に代表的なものにつき個別に示す各例のように、内側位置から基板１の外周位置まで繋がらないパターン形状にて設けている。

したがって、基板１へのエッチング加工を行う加工パターン４を持ったマスク層２の周辺域４ｂに応力緩和パターン３を設けることで、そのパターン形状に応じマスク層２の内部応力を十分に緩和して基板１が反るのを防止し、あるいは軽減できる上、この応力緩和パターン３が内側位置から基板１の外周位置まで繋がらないように形成していることにより、基板１のエッチング加工時に応力緩和パターン３を通じた不要なエッチングによるエッチ深さが加工パターン４同様に進行したとしても不要なエッチング部分が連続せず、図１３に示す先行例のように内側から基板１の外周位置まで繋がったスリットに沿って不要なエッチング部が線状に連続して形成されるような場合に比し、基板１の強度低下を抑えられる。

しかも、図示しないが基板１の両面にマスク層２を設けて片面ずつ裏面でＨｅガスなどの冷却ガスによりガス冷却を伴いエッチング加工するような場合でも、応力緩和パターン３がマスク層２の周辺域４ｂの最内側から基板１の外周位置まで繋がっていないことにより、冷却ガスが応力緩和パターン３を通じて基板１の外周位置から外部へ流出するのを抑えられるので、冷却効率が低下するようなことがない。

また、本実施の形態では、応力緩和パターン３を通じた不要なエッチングでのエッチ深さによる基板１の強度低下に対応する別の例として、応力緩和パターン３を通じたエッチングによるエッチ深さＨ２が、図７（ａ）（ｂ）の各例、図９（ａ）（ｂ）の例、図１０の例に示すように、図７（ｃ）に示す基板１の加工パターン４を通じたエッチング加工による通常エッチ深さＨ１未満となるようにエッチ深さＨ２のエッチングを抑制する大きさまたはおよび断面形状を有して設けるようにしている。これにより、応力緩和パターン３によるマスク層２の応力緩和で基板１の反りを防止しながら、応力緩和パターン３の大きさまたはおよび断面形状によって基板１へのエッチング加工時に生じる応力緩和パターン３を通じたエッチングによるエッチ深さＨ２が通常エッチ深さＨ１未満となるようにエッチ規制できるため、応力緩和パターン３に起因したエッチ深さにより基板１の強度が低下するのを、先の例のように内側から基板１の外周位置まで繋げないという規制なしにも十分に抑制することができ、基板１の強度低下が問題となりやすい薄い基板１のマスク層２や各種厚さの基板１でのマスク層２の周辺寄りの範囲に配設する応力緩和パターン３などとして特に有効である。この場合も、必要なら、応力緩和パターン３がマスク層２の周辺域４ｂの最内側から基板１外周位置まで繋がらない形態とすることにより、基板１の強度低下をさらに防止できる上、基板１両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工する際の冷却ガスの応力緩和パターン３を通じた流出を抑えて冷却効果が低下するようなことを防止することができる。

図７（ａ）の例、（ｂ）の例では、応力緩和パターン３の幅Ｂ２または径を、加工パターン４の図７（ｃ）に示す有効幅Ｂ１または径の大きさ未満としている。この場合、応力緩和パターン３が加工パターン４の有効な幅Ｂ１または径の大きさ未満の幅Ｂ２または径としたことにより、エッチング幅または径とエッチ深さとの図８に示すような相関性によるマイクロローディング効果といわれるエッチ抑制効果を持つことになり、基板１へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターン３を通じた不要なエッチングを、幅Ｂ２を小さくした分だけ抑制して基板１へのエッチング加工による通常エッチ深さＨ１未満のＨ２とすることができ、基板１の強度低下をさらに抑えられる。

発明者の経験から、加工パターン４の幅Ｂ１に対して応力緩和パターン３の幅Ｂ２は１／４〜１／２０程度として、エッチ深さＨ２を５〜２０μｍ程度に抑えられ、内側から基板１の外周位置まで繋がったパターン形状においても基板１の強度低下防止に十分である。

１つの実施例を示すと、石英よりなる基板１の厚みが１５０μｍ程度、Ｎｉよりなるマスク層２の厚みが２μｍ程度、エッチング加工による通常エッチ深さＨ１が５０μｍ程度の加工条件において、加工パターン４の最小有効幅Ｂ１は３０μｍ程度であり、これに対して応力緩和パターン３の幅Ｂ２を２μｍ程度以下として、応力緩和パターン３に対する基板１のエッチ深さＨ２を１０μｍ程度に抑えられ、基板１の強度低下は十分に抑制できた。

図９の例では、応力緩和パターン３を、断面が基板１側に向かって幅Ｂ２が狭まるテーパをなしたものとしている。この場合、応力緩和パターン３が断面が基板１側に向かって幅Ｂ２または径が狭まるテーパをなしていることにより、基板１へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターン３を通じた不要なエッチングの進行を、応力緩和パターン３がなすマスク層２のテーパ面に沿った先細り形状に規制しながら、マスク層２のテーパ面から図９（ａ）に矢印で示すようにエッチング域に落ちる残渣５の図９（ｂ）に示すような堆積によりエッチングの進行を早期に阻止するいわゆるエッチストップ効果を得て、基板１へのエッチング加工による通常のエッチ深さＨ１未満のエッチ深さＨ２に規制することができ、基板１の強度低下をさらに抑えられる。もっとも、加工パターン４はこのような残渣５によるエッチストップ効果を示さないようにストレートな断面形状などとして、マスク層２のテーパ面効果を示さないか、示しても極く低い程度に抑えて、応力緩和パターン３と差を持つようにするのが必須となる。これにより、図７の例の場合のように幅Ｂ２を加工パターン４の場合の幅Ｂ１に対して特に小さくする制限は基本的にないが、より早期のエッチストップ効果を得るにはテーパ形状の下部幅Ｂ２または径が小さいほどよく、テーパ角度が大きいほど残渣５の発生促進できて有効であるといえる。従って、図７の例の場合の幅Ｂ２よりも大きくしてよい。しかし、図１０に示すように応力緩和パターン３のテーパ形状の下部幅Ｂ２を小さくするほどエッチストップ時期がより早くなってエッチ深さＨ２は微小となり基板１の強度低下には有利である。

ここで、上記したような各種の半導体装置製造基材を用いて、半導体装置を製造するには、基板１へのエッチング加工を行う加工パターン４と、周辺域４ｂに内側位置から基板１の外周位置まで繋がらないパターン形状とするか、エッチ深さＨ２が基板１の加工パターン４を通じたエッチング加工による通常エッチ深さＨ１未満となるようにエッチングを規制する大きさまたはおよび断面形状を有しているか、の少なくとも１つを満足して設けた応力緩和パターン３と、を持った基板１上に形成されたマスク層２を介して、基板１のエッチング加工を行う工程、を備えればよい。この結果、マスク層２の周辺域４ｂに設けた応力緩和パターン３によりマスク層２の内部応力を十分に緩和して基板１が反るのを防止しながら、基板１へのエッチング加工に伴なう応力緩和パターン３を通じた不要なエッチングが、マスク層２の最内側から基板１の外周位置まで繋げないこと、通常のエッチ深さＨ１未満に規制すること、の少なくとも１つによって基板に強度低下をもたらすのを簡単に抑えられ、前者によっては、基板１の両面につき片面ずつ裏面でのガス冷却を伴いエッチング加工するのに、冷却ガスが応力緩和パターン３を通じて基板１の外周から外部へ流出するのを抑えられる。

しかも、基板１のエッチング加工において、ＣＦ₄、ＳＦ₆、Ｃｌ₂などの基板のエッチングを促進する通常エッチングガスに、デポガスといわれるマスク層２のテーパ面からの残渣発生を促進するＣＨ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＨＢｒといったガスを混合してエッチング加工することにより、図８、図９に示すようなテーパ断面形状をした応力緩和パターン３を採用すると基板１上へのデポジッションを促進させられる。従って、応力緩和パターン３を通じた基板１への不要なエッチングに対し、マスク層２のテーパ面から低いテーパ角度でエッチングすることにより早期エッチストップ効果が高まり、エッチ深さＨ２をより小さくして基板１の強度低下をより防止することができる。

さらに、内側から基板１の外周位置まで繋がらないパターン形状とする既述の応力緩和パターン３は、基板１の外周に両端が向く図１、図２に示すような最内側のスリット状パターン部３ｂで周方向に繋げたＵ字状パターン部３ａ１、または繋げず独立した図示しないＵ字状パターン部、基板１の外周に一端が向き、図１に示すように最内側でスリット状パターン部３ｂで周方向に繋げ、あるいは図３、図４に示すように繋げないで独立させた長穴パターン部３ａ２、図示しない楕円穴パターン部、図６に示すような十字状パターン部３ａ３、方向性のない図５に示すような丸穴パターン部３ａ４、などの少なくとも１つを含むものとして設けることができる。これらの各種パターン形状のパターン部３ａ１〜３ａ４などは基板１とマスク層２との関係において、応力の緩和が必要な向きや位置に応じ、例えば、マスク層２の周辺域４ｂに内部応力を週方向に分断しやすい放射方向に向いて、また応力緩和位置を増加するよう図１、図２に示すように周方向に多数配設するなどしやすく、応力緩和による基板１の各種反りの防止に好適であるし、異種パターン部３ａ１〜３ａ４などを複合して配設すると種々な応力分散パターンが得られる。

特に、Ｕ字状パターン部３ａ１ではパターンラインに直交する方向の応力緩和効果がその湾曲、屈曲形状に沿って得られ、両辺部で応力緩和位置が平行に対向し合う基板１の外周位置側への開き形態となってマスク層２の周方向面域にて応力分散、応力緩和の効果を高められる。長穴パターン部３ａ２ではパターンラインに直交する方向の応力緩和が直線に沿って単純に得られ、周方向に応力を分散させるのに効果的である。楕円穴パターン部では長穴と丸穴との中間的な方向性を持って応力の分散が図れるし、丸穴パターン部３ａ４では特に極く小域において無方向に応力の緩和効果が得られ、それを図配列する図５に示すような方向によって互いの繋がりをより防止しながら長穴パターン部３ａ２に準じた方向性のある応力分散が行える。また、十字状パターン部３ａ３では十字に沿った互いに直角なＸＹ２方向において、それと直交する向きに応力の分散が図れるのに加え、これらＸＹ２方向の中間方向となる互いに直角な２つの斜め方向においてもそれに直角な向きに応力分散が図れる。

また、これらの応力緩和パターン３をなす各種パターン部３ａ１〜３ａ４などは、図４に繰り返しの最小単位を示しているように千鳥状の配列とすることもできる。これにより、応力緩和パターン３をなす各種パターン部３ａ１〜３ａ４などがそのパターン形状に応じた応力分散を、相互が繋がらない条件を満足して千鳥状配置によるさらに複合した方向性のある応力分散を広域にて実現することができる。

さらに、応力緩和パターン３は、図１、図３に示す各例では、加工パターンエリア４ａの外まわりに沿った既述した最内側のスリット状パターン部３ｂを有し、このスリット状パターン部３ｂの外側に応力緩和パターン３をなす各種パターン部３ａ１、３ａ２などの少なくとも１つが、スリット状パターン部３ｂと繋がって形成しているが、これをスリット状パターン部３ｂと独立して配設することもでき、これらによって、マスク層２の周辺域４ｂにおける最内側では加工パターンエリア４ａの外まわりに沿ったスリット状パターン部３ｂの矩形をなすなどした連続性を利用した加工パターンエリア４ａ領域と周辺域４ｂとの分断ないしほぼ分断による放射方向での内部応力の分散に加え、スリット状パターン部３ｂの外側にこれと繋がって、あるいは独立して配設した各種パターン部３ａ１〜３ａ４などの少なくとも１つによる周辺域での内部応力の周方向および放射方向での分散を図って、基板１の強度低下や冷却ガスの流出の問題なしに応力緩和効果を高められる。

図２に示す例では、特に、Ｕ字状パターン部３ａ１は、基板１の外周位置から内側に延びた長穴パターン部３ａ２と端部同士が一部入り組むように設けられたものとしている。これにより、Ｕ字状パターン部３ａ１の両辺部で応力緩和位置が平行に対向し合う部分において、基板１の外周位置から延びてＵ字状パターン部３ａ１と端部同士が入り組む形態によって、マスク層２の最内側から基板１の外周位置まで応力緩和パターン３が繋がらない条件を満足しながら、Ｕ字状パターン部３ａ１による周方向に応力分散を図っての応力緩和域からさらに基板１の外周位置まで周方向に応力分散を図っての応力緩和域を拡張させられる。この結果、基板１の反りを十分に防止して、しかも、基板１の強度低下や冷却ガスの応力緩和パターン３を通じた流出を抑えられる。

なお、上記したような応力緩和パターン３は、従来から広く知られているリフトオフ法によって形成することができる。具体的には基板１の応力緩和パターン３の形成部にＰＲ材を配置してから基板１上に蒸着やメッキによってマスク層２を形成し、マスク層２を形成した後、ＰＲ材を剥すリフトオフ処理を行えばよい。しかし、これに限られることはない。また、最内側のスリット状パターン部３ｂは矩形に繋がっても基板１の強度低下に余り影響しない傾向を示すことが多く、応力緩和や基板１の強度低下に悪影響を及ぼさなければ、スリット状パターン部３ｂは図１、図２に見られるように他のパターン部３ａ１〜３ａ４のようにエッチ深さＨ２を抑制するパターンを採用しなくてもよい。

本発明は基板のマスクを介したバルクエッチングにおいて、マスク層に設けた応力緩和パターンにより基板の反りを防止しながら、応力緩和パターンに起因した不要なエッチングによる基板の強度低下や、応力緩和パターンを通じた冷却ガスの流出を防止できる。

本発明に係る実施形態の半導体装置製造基材の第１の例を示す要部の平面図である。本発明に係る実施形態の半導体装置製造基材の第２の例を示す平面図である。本発明に係る実施形態の半導体装置製造基材の第３の例を示す一部の平面図である。本発明に係る実施形態の半導体装置製造基材の第４の例を示す一部の平面図である。本発明に係る実施形態の半導体装置製造基材の第５の例を示す一部の平面図である。本発明に係る実施形態の半導体装置製造基材の第６の例を示す一部の平面図である。図１〜図６に示す基材に適用されるマスクのエッチ規制効果を持った応力緩和パターン（ａ）（ｂ）の例を、（ｃ）の加工パターンと比較して示す断面図である。図７での応力緩和パターンや、加工パターンの幅とエッチ深さとの相関関係によるマイクロローディング効果特性を示すグラフである。図１〜図６に示す基材に適用されるマスクのエッチ規制効果を持った別の応力緩和パターンの例での（ａ）にてマスクからの残渣の発生状況を示し、（ｂ）にて発生した残渣によるエッチストップ効果の状態を示した断面図である。図９の例での応力緩和パターンのエッチストップ効果をさらに高めた例を示す断面図である。本発明に至る過程での発明者がした３種類の応力緩和パターンでのエッチング実験例を（ａ）〜（ｃ）に示している断面図である。従来の半導体装置製造基材の１つの例を示す平面図である。従来の半導体装置製造基材の別の例を示す平面図である。図１２、図１３に示す従来の基材でのマスクとそれによるパターニング状態を示す断面図である。

符号の説明

１基板
２マスク層
３応力緩和パターン
３ａ１Ｕ字状パターン部
３ａ２長穴パターン部
３ａ３十字状パターン部
３ａ４丸穴パターン部
３ｂスリット状パターン部
４加工パターン
４ａ加工パターンエリア
４ｂ周辺域
５残渣

Claims

基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは内側位置から基板外周位置まで不連続なパターン形状にて設け、応力緩和パターンは、基板外周に両端が向くＵ字状パターン部、基板外周に一端が向く長穴パターン部、楕円穴パターン部、十字状パターン部、の少なくとも１つを含む半導体装置製造基材。
応力緩和パターンをなす各種パターン部は、千鳥状の配列とした請求項１に記載の半導体装置製造基材。
応力緩和パターンは、加工パターンエリアの外まわりに沿った最内側のスリット状パターン部を有し、このスリット状パターン部の外側に請求項１に記載の応力緩和パターンをなす各種パターン部の少なくとも１つが、スリット状パターン部と繋がって、またはスリット状パターン部と独立して、配設されている請求項１、２のいずれか1項に記載の半導体装置製造基材。
Ｕ字状パターン部は、基板外周位置から内側に延びた長穴パターン部と端部同士が一部入り組むように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置製造基材。
応力緩和パターンは、基板への通常エッチ深さ未満となるようにエッチングを規制する大きさまたはおよび断面形状を有して設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置製造基材。
応力緩和パターンは、加工パターンの最小有効寸法未満とする請求項５に記載の半導体装置製造基材。
応力緩和パターンは、断面が基板側に向かって狭まるテーパをなしている請求項５に記載の半導体装置製造基材。
基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に内側位置から基板外周位置まで不連続なパターン形状を有して基板を反らせる内部応力を緩和する請求項１〜７のいずれか１項に記載された半導体装置製造基材における応力緩和パターンと、を持った基板上に形成されたマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは、基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制する大きさまたはおよび断面形状を有して設けたことを特徴とする半導体装置製造基材。
基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは、加工パターンの最小有効寸法未満として、基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにしたことを特徴とする半導体装置製造基材。
基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に加工パターンの最小有効寸法未満として基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにした基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンと、を持った基板上のマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板と、この基板へのエッチング加工を行う加工パターンを持ったマスク層と、このマスク層の周辺域に設けられて基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンとを備え、この応力緩和パターンは、断面が基板側に向かって狭まるテーパをなした形状を含んで、基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにしたことを特徴とする半導体装置製造基材。
基板へのエッチング加工を行う加工パターンと、周辺域に断面が基板側に向かって狭まるテーパをなした形状を含んで基板へのエッチ深さを通常エッチ深さ未満に規制するようにした基板を反らせる内部応力を緩和する応力緩和パターンと、を持った基板上のマスク層を介して、基板のエッチング加工を行う工程、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
エッチング加工は、エッチングガスにデポガスを混合して行う請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
マスク層は、基板の両面に形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置製造基材。
基板のエッチング工程は基板の両面につき、裏面をガス冷却しながら片面ずつ行う請求項８に記載の半導体装置の製造方法。